Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Таламо-кортикальные механизмы генерации комплекса "медленная волна-веретено"

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Таламо-кортикальные механизмы генерации комплекса "медленная волна-веретено""

На правах рукописи

РГБ ОД

? 5 СЕН 2303^'"

БЕРЕШПОЛОВА ЮЛИЯ ИВАНОВНА

ТАЛАМО-КОРТИКАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕРАЦИИ КОМПЛЕКСА «МЕДЛЕННАЯ ВОЛНА-ВЕРЕТЕНО»

03.00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону 2000

Работа выполнена в отделе организации информационных и управляющих систем мозга НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана Ростовского государственного университета и на кафедре общей биологии Ростовского государственного педагогического университета.

Научный руководитель-.

доктор биологических наук, профессор Буриков A.A.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Черноситов A.B. (г.Ростов-на-Дону)

доктор медицинских наук, профессор Хананашвили Я. А. (г.Ростов-на-Дону)

Ведущая организация:

институт эволюционной физиологии и биохимии им И.М.Сеченова РАН

(г.Санкт-Петербург)

Защита состоится «29» июня 2000 г. в «10.00» часов на заседании диссертационного Совета Д 063.52.08 по биологическим наукам в Ростовском государственном университете (344006, г.Ростов-на-Дону, ул. Б.Садовая, 105, ауд. 203).

Автореферат разослан « 29 » мая 2000 г.

С диссертацией можно ознакомиться в научной''библиотеке Ростовского государственного университета (344006, г.Ростов-на-Дону, ул.Пушкинская, 148)

Ученый секретарь диссертационного Совета,

доктор биологических наук,

профессор

Бовдаренко Т.И.

Ь 991. ^0. яг/, о

7

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Раскрытие механизмов формирования биоэлектрической активности спящего мозга является одной из основных задач современной нейрофизиологии, решение которой может стать ключом к выяснению механизмов и функционального значения сна (Коган, 1964; Гусельников, Суггйн, 1968; Фельдман, 1974; Буриков, 1985; Ковальзон, 1993; Buser, Rougeul-Buser 1995). Среди ряда биоэлектрических феноменов, характерных для медленноволновой фазы сна животных, наименее исследованы комплексы «медленная волна-веретено», которые рассматриваются как аналоги К-комплексов, развивающихся на ранних стадиях сна человека (Amzica, Steriade, 1997, 1998). Наряду с веретенообразной и дельта-активностыо, указанные компоненты ЭЭГ являются основой для идентификации и оценки стадий сна (Rechtshaffen, Kales, 1968, Naitoh et al., 1982; Kubicki, Herrmann, 1996; McCormick et al., 1997). Хотя в современной нейрофизиологической литературе накоплен достаточно большой материал о свойствах К-комплексов человека (Roth et al., 1956; Halasz, 1985; Niedermeyer, 1993; Bastien, Campbell, 1994), до настоящего времени исследователями ведется дискуссия по вопросу о локализации их пейсмей-керных механизмов. Ряд данных, полученных в результате стереотаксических операций на человеческом мозге (Gobb, 1963; Jurko, Andy, 1978), позволили предположить, что медленная волна,, как и веретено, составляющие комплекс, имеют таламическое происхождение. Однако в последние годы появилась точка зрения (Amzica, Steriade, 1997, 1998), согласно которой медленное колебание К-комплекса имеет кортикальную природу.

Анализ данных литературы показывает наличие множества, зачастую противоположных точек зрения на функциональную роль К-комплексов (Ehrhart et al.,1981; Naitoh et al., 1982; Verbeek et al., 1996; Halasz, 1993;

\Уаш}шег й а1., 1995), сущность которых заключается в вопросе о том, участвует ли данный биоэлектрический феномен в механизмах поддержания и охраны сна, или отражает состояние организма, приводящее к активации.

Мы не называем исследуемые комплексы «медленная волна-веретено» К-комплексами, так как в литературе этот термин применяется к описанию различных, на наш взгляд, явлений. Считаем, что внесению ясности в вопросы природы комплексов «медленная волна-веретено» и их функционального значения должно способствовать комплексное изучение суммарной и нейрональной активности таких комплексов в динамике развития сна. Отметим, что в литературе практически отсутствуют данные о вкладе активности нейронов различных структур в генерацию этого паттерна активности.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в изучении таламо-кортнкальных механизмов генерации комплексов «медленная волна-веретено» по показателям спонтанной и вызванной суммарной и нейрональной биоэлектрической активности.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Изучить характеристики таламических и кортикальных спонтанных комплексов «медленная волна-веретено» и сопоставить их с искусственными аналогами, вызванными электростимулявдей структур таламуса.

2. Исследовать активность таламических нейронов во время спонтанных комплексов «медленная волна-веретено», а также при спонтанной веретенообразной и дельтаволновой активности.

3. Исследовать активность нейронов поверхностных и глубоких слоев коры во время спонтанных комплексов «медленная волна-веретено», спонтанной веретенообразной и дельтаволновой активности.

Научная новизна результатов исследования. В настоящей работе впервые проведено комплексное исследование импульсной активности

таламических и кортикальных нейронов на фоне различных ЭЭГ-паттернов медленноволнового сна («сонные» веретена, комплексы «медленная волна-веретено», дельта-волны). Показано, что большая часть нейронов ЦМ и ВПЛ ядер таламуса при развитии комплекса «медленная волна-веретено» в ЭКоГ генерируют пачечные разряды, приуроченные к позитивным фазам медленного колебания и внутриверетенных волн комплекса. Анализ изменений частоты и паттерна активности таламических и«кортикальных нейронов во время комплексов «медленная волна-веретено» выявил, что большинство нейронов таламуса и часть нейронов коры на медленной волне комплекса перестраивают характер импульсации и изменяют мембранный потенциал таким же образом, как и на его веретенообразном компоненте. На отдельных дельта-волнах клетки специфического и неспецифического таламуса прекращают генерировать спайки, а на стадии генерализованной дельта-активности переходят к единично-аритмичной активности. У кортикальных нейронов, напротив, прослеживается четкая связь пачек или групп разрядов с позитивными или негативными фазами дельта-волн.

Установлено, что наблюдается опережение возникновения комплексов «мед-ленная волна-веретено» в таламусе по сравнению с кортикальными отведениями. Получены новые данные о сходстве характеристик спонтанных комплексов «медленная волна-веретено» и вызванных таламической стимуляцией вторичных ответов в форме «медленный потенциал-веретено последействия». Показано, что в различных функциональных состояниях исследуемые зависимости пространственно-временных характеристик позднего компонента вызванного ответа имеют свои индивидуальные различия, причем эти различия наиболее ярко проявляются на начальных стадиях развития сна.

Теоретическое и практическое значение работы. В теоретическом плане результаты работы расширяют существующие представления об

участии таламических и кортикальных струетур в генерации комплексов «медленная волна-веретено» и веретенообразной активности. Полученные факты позволяют обсуждать роль и функциональное значение указанных феноменов в развитии медленноволнового сна и могут быть использованы на практике для разработки физиологически обоснованных методов диагностики расстройств сна, связанных с нарушением его механизмов. Представленные в работе данные включены в раздел «Хронобиология» курса лекций «Теоретическая биология», читаемого на естественном факультете Ростовского государственного педагогического университета.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Пейсмекерные механизмы комплекса «медленная волна-веретено» локализованы в структурах таламуса.

2. Медленная волна комплекса по своему генезу сходна с внутривере-тенными волнами.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на XVII съезде физиологов .России (Ростов-на Дону, 1998), на Всероссийской конференции «Актуальные проблемы сомнологии» (Москва, 1998), на III Международном конгрессе Всемирной федерации обществ исследования сна (Дрезден, 1999), на Ученом Совете НИИ нейрокибернетики Ростовского государственного университета (Ростов-на-Дону, 2000), а также изложены в материалах X ежегодного съезда профессиональных обществ исследования сна Америки (Вашингтон, 1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методики'исследования, четырех разделов результатов исследования, обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Работа изложена на 107 страницах машинописного текста, иллюстрирована 27

рисунками и 2 таблицами. Библиография включает 77 отечественных и 154 зарубежных источников.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Материалы, представленные в работе, получены в опытах на 19 кроликах обоего пола породы серая шиншилла весом 2,5-3,2 кг. Эксперименты по регистрации суммарной фоновой и вызванной биоэлектрической активности были выполнены на свободнопожвижных животных с хронически вживленными электродами. Животным в стерильных условиях под нембуталовой анестезией (40 мг/кг, внутримышечно) имплантировались электроны для регистрации ЭКоГ (сенсомоторная АР—4; ML=4, ассоциативная АР=0; ML=4 и зрительная AP=+8;,ML=4 зоны коры) (Блинков и др., 1973) и биоэлектрической активности таламуса (центральное медиальное - ЦМ - АР=+1,5-КЗ; ML=0; Н=-0.5 вентральное постлатеральное - ВИЛ - АР=-4,5; ML=3,5; H=-l-2) (Fifkova, Marsala, I960). Регистрация ЭКоГ производилась эпидурально, для чего на поверхность коры симметрично помещались расположенные дорожками электроды из нержавеющей стали диаметром 1 мм, или транскортикально, когда биполярные вольфрамовые электроды в стеклянной изоляции, один из которых короче другого на 0,5-1,0 мм, использовались для регистрации электрической активности локальных областей коры. Для записи электромиограммы шариковые электроды имплантировались в шейные мышцы. Референтный электрод помещался в толщу носовой кости. Суммарную активность таламуса отводили при помощи биполярных вольфрамовых электродов в стеклянной изоляции ("сопротивление 10-30 кОм). Погружение в таламические ядра производилось под функциональным контролем (в ЦМ развитие четкой генерализованной реакции вовлечения на минимальную силу раздражителя, в ВПЛ -выраженного первичного ответа в сенсомоторной коре с коротким

латентным периодом при минимальном пороге). По окончании эксперимента проводился гистологический контроль локализации электродов.

В экспериментах то регистрации нейрональной активности животных обездвиживали внутривенным введением ё-тубокурарина (0.4мг/кг) и переводили на искусственное дыхание. С целью стабилизации функционального состояния препарата проводился мониторинг температуры тела, поддерживался необходимый уровень местной анестезии (0.5% р-р новокаина) и обеспечивалась непрерывная эвакуация содержимого мочевого пузыря.

Активность нейронов отводилась экстраклеточно вольфрамовыми микроэлектродами в стеклянной изоляции с электролитически заточенным кончиком (диаметр кончика 1,5-2,0 мкм, сопротивление 10-20 МОм) или квазивнутрикяегочно стеклянными микропипетками, заполненными 0,6 М раствором К^О* (диаметр кончика 1 мкм, сопротивление 30-40 МОм).

Для электрической стимуляции применялись прямоугольные импульсы длительностью 0,05-0,2 мс, частота и амплитуда которых менялась в зависимости от конкретных задач.

Суммарная и нейрональная активность записывалась на магнитную ленту магнитографа НО-68 и при помощи аналого-цифрового преобразователя Ы52 вводилась в ЭВМ ШМ РС АТ. Обработка импульсной активности включала в себя расчет средней продолжительности межимпульсных интервалов, построение гистограмм плотности распределения межимпульсных интервалов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Характеристика и пространственное распределение спонтанных комплексов «медленная волна-веретено» на разных стадиях развития сна. У кроликов с хронически вживленными электродами в дневное время

наблюдалась естественная смена функционального состояния в цикле бодрствование-сон.

Исследование суммарной биоэлектрической активности мозга кролика показало, что спонтанные комплексы «медленная волна-веретено», регистрируемые в ходе развития медленноволновой фазы сна, одинаково представлены в структурах таламуса и коры больших полушарий мозга. Конфигурация медленной волны при регистрации с поверхности коры двухфазная - негативно-позитивная, редко трехфазная. Длительность позитивного колебания составляла 300-400 мсек. Общая длительность волны не превышала 600 мсек. Амплитуда медленной волны комплекса при монополярном отведении от поверхности коры могла достигать 500 мкв, но обычно была сопоставима с амплитудой внутриверетенных волн в середине веретена. В глубоких слоях исследуемых областей коры (IV-VI) наблюдалось реверсия всех компонентов комплекса «медленная волна-веретено».

Веретено начиналось после окончания негативной волпы, реже на ее спаде. Веретенообразный компонент комплекса по своим характеристикам соответствовал спонтанным веретенам и имел типичные фазы нарастания и спада амплитуды внутриверетенных волн.

Комплексы появлялись в легком медленноволновом сне и исчезали с наступлением стадии с доминированием генерализованных дельта-волн, а также они регистрировались при переходе от медленноволнового сна к парадоксальному. На начальной стадии развития сна отдельные комплексы могли появляться в таламусе раньше, чем в неокортексе. Опережение могло составлять несколько секунд. В ходе развития сна при множественной регистрации в таламических и кортикальных отведениях комплексы появлялись согласованно в виде пакетов. Наиболее высокая согласованность в таламусе и коре выявлялась если электроды находились на одной функциональной оси. Анализ показал, что наблюдается опережение возникновения медленной волны в таламусе по отношению к коре на 14-20

мс. В соответствии с данными других авторов (Gobb, 1963; Jurko, Andy, 1978), которые показывают, что K-комплексы преимущественно регистрируются в таламусе, а при удалении передних отделов промежуточного мозга и структур внутренней капсулы исчезают из неокортекса ипсилатерапьного полушария, эти результаты можно рассматривать как свидетельство того, что пейсмекер данного вида активности локализован в структурах таламуса.

Косвенным аргументом в пользу таламического происхождения комплекса является то обстоятельство, что электрогенез K-комплекса связан с мозговыми синхронизирующими системами, участвующими в эпилептогене-зе, что, в частности, проявляется увеличением количества, продолжительности и амплитуды этих феноменов при эпилепсии (Гусельников, 1976; Зенков, 1996; Gabor , Seyal, 1986; Stenade, Amzica, 1998) Начиная с ранней работы Jasper и Kershman (1941), многие исследователи поддерживают точку зрения о важной роли таламуса в происхождении некоторых типов эшшептоформной активности (Buzsaki etal., 1988; Vergnes et al., 1990; Snead, 1995; Castro-Alamancos, 1999).

Комплексы «медленная волна-веретено» обычно перемежались с «сонными» веретенами, включаясь в их совместный ритм. Реже такие комплексы появлялись сериями. В последовательности веретенообразной активности их доля, как правило, не превышала 30%. Анализ интервалов между моментом начала предыдущего веретена и комплексом, а также между началом комплекса и последующим веретеном показал, что они были близки по длительности.

Отдельные медленные волны, по своим характеристикам сходные с медленными волнами комплексов, могли возникать без последующих веретен.

Активность толамических и кортикальных нейронов во время комплексов «медленная волна-веретено». Была исследована активность 216 нейронов таламуса (136 нейронов ЦМ, 80 нейрон ВПЛ) и 152 нейрона

сенсомоторяой коры. Подробный анализ характера перестроек импульсной активности нейронов ядер таламуса позволил выявить доминирующий тип поведения клеток на комплексах «медленная волна-веретено»: большинство зарегистрированных нейронов изменяли частоту и/или характер импульсной активности на комплексах по сравнению с фоновой - 107 клеток ДМ и 66 клеток ВПЛ. Нейроцы, не изменяющие активность на комплексах, как правило, относились к низкочастотным.

По характеру перестроек частоты разрядов нейроны разделялись на 2 группы. Нейроны первой группы снижали частоту импульсации, а второй -повышали. Из 107 нейронов ЦМ, изменяющих частоту импульсной а!лшзности, 35,6% меняли ее в сторону торможения исходной частоты разрядов (16% - полностью прекращали), а 64,4% - в сторону увеличения исходной частоты импульсации. Анализ активности нейронов ВПЛ показал следующий характер распределения: 42,4% клеток урежали активность (28,1% - полностью прекращали), а 57,6% - учащали. Снижение или полное прекращение генерации спайков регистрировалось с появлением медленного компонента комплекса или предшествовало ему на 30-70 мс. Восстановление импульсации происходило с окончанием веретена или на 75-300 мс позже.

Одновременно с изменением частоты импульсации большая часть зарегистрированных клеток изменяла и паттерн активности, переходя к пачечному типу активности, причем нейроны второй группы генерировали пачки, полностью вытесняющие одиночные спайки. Первая пачка импульсов возникала на медленной волие, прекращение пачечной импульсации наблюдалось с окончанием веретена. Данные, описывающие разнонаправленные изменения частоты и паттерна импульсации таламических нейронов на фоне «сонных» веретен (Буриков 1985; Б1епа(1е и МсСайеу, 1990) совпадают с нашими результатами для комплексов «медленная волна-веретено», что может свидетельствовать о сходстве принципов нейрональной организации этих компонентов ЭЭГ.

Считается, что во время фокальных положительных потенциалов нейроны птерполяризованы, а пачки импульсов в частотном диапазоне веретен связаны с отрицательными волнами ЭЭГ (Andersen, 1974; Contreras, Steriade, 1995, Timofeev et al., 1996). Наши исследования показывают, что пачечные разряды нейронов таяамуса возникали на подъеме, максимуме или спаде фокально регистрируемой отрицательной волны комплекса, а также на подъемах или на максимумах негативных фаз внутриверетенных волн.

Квазивнутриклеточный анализ (9 нейронов) показал, что во время комплексов «медленная волна-веретено» в нейронах медиального таламуса развивалось длительное гиперполяризационное отклонение мембранного потенциала (МП), на фоне которого происходшш его более частые колебания, равные ритму волн комплексов. Быстрые колебания МП являются чередованием гапер- и деполяризации, причем у ряда клеток только часть ВПСП достигали порогового уровня и генерировались пачки импульсов. Такие длительные ТПСП, возникающие синхронно в больших популяциях нейронов таламуса, были показаны еще в первых электрофизиологических исследованиях этой структуры (Purpura, Cohen, 1962) и нашли подтверждение в последующих работах (Andersen, Sears, 1966; Буриков, 1971, 1985). В нашем исследовании показано, что изменение МП происходило или с моментом начала медленной волны, или опережало ее. МП восстанавливался в момент близкий моменту завершения веретена.

В сенсомоторной коре из 153 зарегистрированных нейронов 76,7% изменяли частоту импульсной активности (и/или паттерн разрядов) на комплексах «медленная волна-веретено».

Обнаружено, что кортикальные нейроны имеют больше типов перестроек частоты в связи с комплексами «медленная волна-веретено», чем таламические. В поверхностных слоях коры нейроны на комплексах, как правило, изменяли частоту импульсации тонически, причем изменение частоты импульсации происходило с началом медленной волны и

завершалось примерно к концу веретена'(5б,8%). У меньшего числа клеток (33,2%) частота импульсной активности менялась фазно, увеличиваясь или уменьшаясь по сравнению с фоном. Перестройка частоты импульсной активности начиналось на негативной волне комплекса или предшествовало ей, достигало максимума к середине фазы нарастания веретена, после чего частота импульсации'возвращалась к исходному уровню, или вновь резко менялась, но в противоположном направлении. Часть нейронов демонстрировала изменения только на веретенообразном компоненте комплекса, имея фоновый уровень активности во время предшествующего медленного колебания. Частота импульсной активности таких нейронов могла меняться как тонически, так и фазно. Клетки поверхностных слоев коры генерировали одиночные разряды, однако были обнаружены единичные клетки с пачечным типом активности.

В глубоких слоях коры большинство нейронов разряжались пачками или группами импульсов в ритме внутриверетенвых волн комплекса. Такие разряды четко прослеживались на веретенах, а у меньшего числа клеток (35,8%) и на медленных волнах, предшествующих веретенам. Волокна таламо-кортикальных нейронов обеспечивают вход, главным образом, к слою IV, но также и посылают коллатерали к слоям V и VI (Bode-Greuel et al., 1987; Jensen and Killackey, 1987). Хотя плотность таламо-кортикальных входов самая высокая в слое IV, они составляют только 20 % от общего числа синапсов в этом слое (White 1979). Большинство синапсов в пределах коры имеет интракортикальное происхождение. Нейроны П, Ш, V и VI слоев имеют довольно широкие горизонтальные связи (Douglas et al., 1995). Поэтому весьма вероятно участие этой структуры в распространении комплексов «медленная волна-веретено» посредством интракортикальных связей.

Таким образом, было показано, что нейроны ЦМ и ВПЛ ядер таламуса на предшествующей медленной волне имеют такой же характер активности, как и на веретене: а) если нейрон разряжался пачками на веретене, то такая же пачечная активность начиналась уже на медленной волне комплекса волна-веретено; б) если нейрон тормозился на веретене, то это торможение начиналось уже на медленной волне комплекса. Эти результаты свидетельствуют в пользу возможной таламической природы таких комплексов. Нейроны, локализованные в коре, перестраивали свою активность в связи с комплексами более сложным образом. Кортикальные нейроны изменяли активность во время комплексов «медленная волна-веретено» во всех слоях. Это может свидетельствовать о том, что большая часть кортикальной сети вовлечена в генерацию этого паттерна. Хотя таламо-кортикальные синапсы вносят основной вклад в потенциалы, лежащие в основе этого ЭКоГ-патгерна, можно предположить, что распространение активности отражает прежде всего взаимосвязь и характеристики возбудимости кортикальных областей. Неокортекс, в сущности, функционирует как мощный усилитель в течение этих колебательных событий.

Перестройки активности таламических и кортикальных нейронов на фоне развития медленоволнового сна. Импульсная активность 97 таламических (59 нейронов ЦМ, 38 нейронов ВПЛ) и 63 кортикальных нейронов, зарегистрированных во всех стадиях медленноволнового сна, была проанализирована для выявления динамики изменений частоты и паттерна разрядов при развитии медленной фазы сна. Нейроны ЦМ имели максимальную частоту разрядов на ранних стадиях медленноволновой фазы сна. В этом состоянии 81% нейронов генерировали разряды преимущественно на фоне «спонтанных» веретен и комплексов «медленная волна-веретено», а в межверетенных интервалах наблюдались редкие одиночные разряды или отсутствие импульсации. Клетки другого типа демонстрировали снижение, а

часто и полное прекращение импульсации на фоне сонных веретен и комплексов «медленная волна-веретено».

При переходе к генерализованной дельта-волновой активности нейроны первой группы снижали частоту импульсации или полностью прекращали генерировать спайки. Низкий уровень импульсации нейронов сопровождался изменением характера активности: наблюдался переход от пачечной импульсации на веретенах н комплексах до единично-аритмичной. Связь разрядов с ритмом дельта-волн прослеживалась только у отдельных клеток

Исследования показали, что у нейронов ВПЛ наблюдается определенная реципрокность в изменении частоты и паттерна импульсной активности по отношению к нейронам ЦМ, особенно на начальных стадиях медленноволно-вой фазы сна.

Нейроны коры в противоположность таламическим клеткам демонстрировали высокий уровень активности (71%) при развитии медленноволнового сна с регулярной дельта-активностью, а также выраженную связь пачек, а чаще групп разрядов (62%) с положительными или отрицательными фазами дельта-волн.

Генез дельта-активности, как правило, связывают с деятельностью корковых структур (Веселюне и др., 1972; УШаЫапса, 1974) . Развитие дельта-активности в коре можно объяснить ее «деафференгацией», которая и приводит к высвобождению собственно корковых авторигмических механизмов, генерирующих дельта-активность (Г.Л.Фельдман, А.А.Буриков, 1983; И.А.Чигринов, 1983). Действительно, экспериментальная деафферен-тация коры с помощью перерезок проводящих путей или разрушения некоторых подкорковых структур приводит к возникновению дельта-волн в коре (А.М.Гурвич, 1969; 5£епа<1е et а!., 1993). В последние годы появилась точка зрения, которая рассматривает дельта-волны как двухкомпонентное явление, состоящее из кортикальных колебаний дельта-частотного диапазона

и генерируемых в таламусе дельта-волн, напоминающих «ход часового механизма» (Curro Dossi et al., 1992).

В исследованиях Nunez с соавт. (1992) показано, что спонтанные и вызванные корковой стимуляцией веретена предотвращают развитие дельта-колебаний у препаратов cerveau isole. И наоборот, модулированная стимуляция коры провоцирует возникновение дельта-активности, которая подавляет спонтанную веретенообразную активность и веретена реакции вовлечения (Буриков, 1985). Эти эффекты, вероятно, обусловлены увеличением мембранной проводимости, связанной с веретенообразной активностью, что ведет к несовместимости между веретенами и дельта-ритмом в таламо-кортикальных клетках и может объяснять представленность этих двух типов колебаний в течение различных стадий сна.

Динамика изменения характеристик поздних компонентов вызванного ответе, на стимуляцию таламических структур. Ранее было высказано предположение, что медленный компонент К-комплекса может быть видоизмененным вызванным ответом на сенсорный стимул (Ujszaszi, Halasz 1986, 1988; Bastien, Campbell 1992; Sallinen et al!, 1997; Fushimi et al., 1998). Наши данные показывают, что при одиночной стимуляции ВПЛ или ЦМ таламуса во всех исследуемых отведениях развивался вызванный ответ, характеристики которого изменялись в зависимости от функционального состояния животного в цикле бодрствование-сон. Так, в ответ на раздражение таламических ядер во время бодрствования, в кортикальных областях неокротекса регистрировалось быстрое двухкомпонентное колебание. Во время медленноволновой стадии сна к этому колебанию добавлялась двухфазная негативно-позитивная волна и часто ритмический разряд последействия. При раздражении ВПЛ. максимальные значения амплитуды позднего ответа были выявлены в сенсоомоторной коре. Подобные волны, с уменьшенной амплитудой регистрировались в кортикальных отведениях, которые не связаны прямыми коллатералями с данным ядром (теменная и

затылочная области). По мере развития сна происходило изменение временных и амплитудных параметров позднего ответа. Наибольшему изменению было подвержено позитивное колебание медленного компонента.

В глубоком медленоволновом сне по сравнению с поверхностным имело место снижение проявляемости поздних компонентов вызванного ответа (в 2 раза в теменной и затылочной области). Это говорит о снижении надежности функционирования системы интракортикального распространения . возбуждения из сенсомоторной в другие области коры по мере углубления сна.

Обнаружено, что выраженность разрядов последействия зависела от фазы веретенообразной активности, на которой наносится стимул. Нанесение стимула на любой фазе веретена приводило к появлению ритмического разряда последействия. Стимуляция ВПЛ сразу после веретена или в начале межверетенного интервала не приводила к появлению разрядов последействия, а в предверетенном интервале - вызывала возникновение опережающего веретена. При этом не наблюдается изменения длительности последующего межверетенного интервала.

Таким образом, проведенный анализ показал, что в различных-функциональных состояниях исследуемые зависимости амплитудно-временных характеристик вызванного ответа имеют свои индивидуальные различия, причем эти различия наиболее ярко проявляются на начальных стадиях развития сна. Изменение параметров вызванного ответа отражает динамику возбудимости таламо-кортикальной системы во время комплексов «медленная волна-веретено», и может служить основанием считать, что комплекс является поздним компонентом вызванного ответа.

Исходя из вышеизложенного, можно предположить, что большие популяции таламических нейронов генерируют последовательные ВПСП, сопровождающиеся пачечными разрядами. При суммшш ВПСП. возникает длительное колебание фокального потенциала, который регистрируется с

поверхности коры в виде позитивного компонента комплекса «медленная волна-веретено». Что запускает этот механизм? По-видимому, слабый эндогенный или экзогенный стимул, неэффективный в бодрствующем состоянии, является способным к вовлечению и «сонастройке» большой популяции нейронов.

Вероятно, комплекс «медленная волна-веретено» отражает состояние организма, готовое быстро достигнуть более высокого возбуждения при поддержании непрерывности сна; следовательно, торможение веретенообразной активности может обеспечивать фазическое облегчение таламо-кортикального сенсорного притока после внутренних или внешних стимулов.

ВЫВОДЫ

1. Медленная волна комплекса «медленная волна-веретено» в вентропостла-теральном ядре таламуса опережает ее появление в кортикальных отведениях. Отмечается сходство пространственно-временных характеристик спонтанных комплексов «медленная волна-веретено» и вызванных таламической стимуляцией вторичных ответов в форме «медленный потенциал-веретено последействия». Это позволяет предположить ведущую роль таламических структур в развитии комплексов «медленная волна-веретено».

2. Перестройки активности таламических нейронов на фоне медленной волны и внутриверетенных колебаний комплекса «медленная волна-веретено» аналогичны и протекают по одному из следующих типов: 1) генерация пачечных разрядов, приуроченных к положительным фазам медленного колебания и внутриверетенных волн ЭКоГ; 2) снижение частоты импульсации, начинающееся на медленной волне комплекса и продолжающееся на фоне веретена. Это свидетельствует о сходстве таламических механизмов генерации медленной и внутриверетенных воли с объединением их в единый комплекс.

3. У большинства нейронов специфического и неспецифического ядер таламуса демонстрирующих приуроченность пачечных разрядов к позитивной фазе медленной волны ЭКоГ комплекса «медленная волна-веретено» отсутствует связь импульсных разрядов с фазами дельта-колебаний. Это свидетельствует о разных тапамических механизмах генерации медлещюволнового компонента комплекса и дельта-колебаний.

4. Нейроны сенсомоторной коры на фоне комплексов «медленная волна-веретено» изменяют характер импульсации более сложно чем таламиче-ские нейроны. Большинство нейронов глубоких слоев на фоне комплекса переходят от непрерывно-аритмического к пачечному тапу импульсации, причем треть нейронов демонстрируют связь пачечных разрядов с фазами медленных и внутриверетенных волн комплекса. Нейроны поверхностных слоев коры изменяют частоту одиночных импульсов тонически или фазно на фоне комплексов.

5. У большинства нейронов коры, не демонстрировавших приуроченности разрядов к фазам медленной волны и внутриверетенным колебаниям комплекса «медленная волна-веретено» отмечалась связь одиночных или группированных разрядов с фазами дельта-волн, что указывает на возможное участие различных популяций нейронов в кортикальных механизмах генерации комплекса «медленная волна-веретено» и дельта-волн, с преимущественным участием кортикальных нейронов в генерации дельта-волн.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Burikov A.A., Bereshpolova Y.I., Feldman G.L. Slow waves in the sleeping brain EEG // Sleep Research. - 1996. - V.25, Suppl. 3. - P.21.

2. Буриков А.А., Берепшолова Ю.И. Механизм комплекса медленная волна-веретено ЭЭГ II В мат. XVH съезда физиологов России. Ростов-на-Дону, -1998.-С.391.

3. Буриков А.А., Берешполова Ю.И. Активность нейронов таламуса и коры больших полушарий головного мозга во время комплексов «медленная волна-веретено» //Российский физиол. журнал им.И.М.Сеченова. - 1998. -Т.З. -С.182-190.

4. Берешполова Ю.И., Буриков А.А. К механизму комплекса «медленная волна-веретено». Сборник научных работ аспирантов и молодых преподавателей. Часть 4: общественные, технические и естественные науки. -Ростов-на-Дону: Изд-во РГПУ. -1998. - С.129-132.

5. Буриков А.А., Берешполова Ю.И. К природе медленной волны комплекса «медленная волна-веретено» ЭЭГ // В мат. Всероссийской конф. «Актуальные проблемы сомнологии». Москва, - 1998. - С. 18.

6. Bereshpolova Y.I., Kostin А.А., Burikov А.А. The role of cellular interactions in the genesis of intraspindle waves II Sleep Research Online. - 1999. - V.2., suppl.l. - P.9.

7. Burikov A. A., Bereshpolova Y.I. The activity thalamus and cerebral neurons in rabbits during "slow wave-spindle" EEG complexes. Neurosci. Behav. Neurophysiol. - 1999. - V.29, №2. - P.143-149.